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[uboot] (番外篇)uboot之fdt介绍

颜哲彦
2023-12-01

[uboot] (番外篇)uboot之fdt介绍

http://blog.csdn.net/ooonebook/article/details/53206623

以下例子都以project X项目tiny210(s5pv210平台,armv7架构)为例

[uboot] uboot流程系列: 
[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程(BL0-BL2) 
[project X] tiny210(s5pv210)从存储设备加载代码到DDR 
[uboot] (第一章)uboot流程——概述 
[uboot] (第二章)uboot流程——uboot-spl编译流程 
[uboot] (第三章)uboot流程——uboot-spl代码流程 
[uboot] (第四章)uboot流程——uboot编译流程 
[uboot] (第五章)uboot流程——uboot启动流程 
[uboot] (番外篇)global_data介绍 
[uboot] (番外篇)uboot relocation介绍

建议先看《[[uboot] (番外篇)uboot relocation介绍》和《[uboot] (第四章)uboot流程——uboot编译流程》

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因为在学习uboot的driver module,发现有必要先把uboot的fdt整明白点。所以这里就先学习一下fdt咯。

一、介绍

FDT,flatted device tree,扁平设备树。熟悉Linux的人对这个概念应该不陌生。 
简单理解为将部分设备信息结构存放到device tree文件中。 
uboot最终将其device tree编译成dtb文件,使用过程中通过解析该dtb来获取板级设备信息。 
uboot的dtb和kernel中的dtb是一致的。这部分建议直接参考wowo的dtb的文章 
Device Tree(一):背景介绍 
Device Tree(二):基本概念 
Device Tree(三):代码分析

关于uboot的fdt,可以参考doc/README.fdt-control。

二、dtb介绍

1、dtb结构介绍

结构体如下
DTB header
alignment gap
memory reserve map
alignment gap
device-tree structure
alignment gap
device-tree string

dtb header结构如下:

结构体如下
magic
totalsize
off_dt_struct
off_dt_strings
off_mem_rsvmap
version
……

其中,magic是一个固定的值,0xd00dfeed(大端)或者0xedfe0dd0(小端)。 
以s5pv210-tiny210.dtb为例: 
执行”hexdump -C s5pv210-tiny210.dtb | more”命令

@:dts$ hexdump -C s5pv210-tiny210.dtb | more
00000000  d0 0d fe ed 00 00 5a cc  00 00 00 38 00 00 58 14  |......Z....8..X.|
00000010  00 00 00 28 00 00 00 11  00 00 00 10 00 00 00 00  |...(............|

可以看到dtb的前面4个字节就是0xd00dfeed,也就是magic。 
综上,我们只要提取待验证dtb的地址上的数据的前四个字节,与0xd00dfeed(大端)或者0xedfe0dd0(小端)进行比较,如果匹配的话,就说明对应待验证dtb就是一个合法的dtb。

2、dtb在uboot中的位置

dtb可以以两种形式编译到uboot的镜像中。

  • dtb和uboot的bin文件分离

  • dtb集成到uboot的bin文件内部

    • 如何使能 
      需要打开CONFIG_OF_EMBED宏来使能。
    • 编译说明 
      在这种方式下,在编译uboot的过程中,也会编译dtb。
    • 最终位置 
      注意:最终dtb是包含到了uboot的bin文件内部的。 
      dtb会位于uboot的.dtb.init.rodata段中,并且在代码中可以通过__dtb_dt_begin符号获取其符号。 
      因为这种方式不够灵活,文档上也不推荐,所以后续也不具体研究,简单了解一下即可。
  • 另外,也可以通过fdtcontroladdr环境变量来指定dtb的地址 
    可以通过直接把dtb加载到内存的某个位置,并在环境变量中设置fdtcontroladdr为这个地址,达到动态指定dtb的目的。 
    在调试中使用。

三、uboot中如何支持fdt

1、相关的宏

  • CONFIG_OF_CONTROL 
    用于配置是否使能FDT。 
    ./source/configs/tiny210_defconfig:312:CONFIG_OF_CONTROL=y

  • CONFIG_OF_SEPARATE、CONFIG_OF_EMBED 
    配置dtb是否集成到uboot的bin文件中。具体参考上述。一般都是使用分离的方式。

2、如何添加一个dtb

以tiny210为例,具体可以参考project X项目中uboot的Git记录:8a371676710cc0572a0a863255e25c35c82bb928 
(1)在Makefile中添加对应的目标dtb 
arch/arm/dts/Makefile

dtb-$(CONFIG_TARGET_TINY210) += \
       s5pv210-tiny210.dtb

(2)创建对应的dts文件 
arch/arm/dts/s5pv210-tiny210.dts,注意文件名要和Makefile中的dtb名一致

/dts-v1/;
/{
};

(3)打开对应的宏 
configs/tiny210_defconfig

CONFIG_OF_CONTROL=y
CONFIG_OF_SEPARATE=y  ##其实这里不用配,arm默认就是指定这种方式

(4)因为最终的编译出来的dtb可能会多个,这里需要为tiny210指定一个dtb 
configs/tiny210_defconfig

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="s5pv210-tiny210"

编译,解决一些编译错误,就可以发现最终生成了u-boot.dtb文件。 
通过如下“hexdump -C u-boot.dtb | more”命令可以查看我们的dtb文件,得到部分内容如下:

hlos@node4:u-boot$ hexdump -C u-boot.dtb | more
00000000  d0 0d fe ed 00 00 01 a4  00 00 00 38 00 00 01 58  |...........8...X|
00000010  00 00 00 28 00 00 00 11  00 00 00 10 00 00 00 00  |...(............|
00000020  00 00 00 4c 00 00 01 20  00 00 00 00 00 00 00 00  |...L... ........|
00000030  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 01 00 00 00 00  |................|

四、uboot中如何获取dtb

1、整体说明

在uboot初始化过程中,需要对dtb做两个操作:

  • 获取dtb的地址,并且验证dtb的合法性
  • 因为我们使用的dtb并没有集成到uboot的bin文件中,也就是使用的CONFIG_OF_SEPARATE方式。因此,在relocate uboot的过程中并不会去relocate dtb。因此,这里我们还需要自行为dtb预留内存空间并进行relocate。关于uboot relocate的内容请参考《[uboot] (番外篇)uboot relocation介绍》。
  • relocate之后,还需要重新获取一次dtb的地址。

这部分过程是在init_board_f中实现,参考《[uboot] (第五章)uboot流程——uboot启动流程》。

对应代码common/board_f.c

static init_fnc_t init_sequence_f[] = {
...
#ifdef CONFIG_OF_CONTROL
    fdtdec_setup, // 获取dtb的地址,并且验证dtb的合法性
#endif
...
    reserve_fdt, // 为dtb分配新的内存地址空间
...
    reloc_fdt, // relocate dtb
...
}

后面进行具体函数的分析。

2、获取dtb的地址,并且验证dtb的合法性(fdtdec_setup)

对应代码如下: 
lib/fdtdec.c

int fdtdec_setup(void)
{
#if CONFIG_IS_ENABLED(OF_CONTROL) // 确保CONFIG_OF_CONTROL宏是打开的

# ifdef CONFIG_OF_EMBED
    /* Get a pointer to the FDT */
    gd->fdt_blob = __dtb_dt_begin; 
// 当使用CONFIG_OF_EMBED的方式时,也就是dtb集成到uboot的bin文件中时,通过__dtb_dt_begin符号来获取dtb地址。

# elif defined CONFIG_OF_SEPARATE
    /* FDT is at end of image */
    gd->fdt_blob = (ulong *)&_end;
//当使用CONFIG_OF_SEPARATE的方式时,也就是dtb追加到uboot的bin文件后面时,通过_end符号来获取dtb地址。
# endif

    /* Allow the early environment to override the fdt address */
    gd->fdt_blob = (void *)getenv_ulong("fdtcontroladdr", 16,
                        (uintptr_t)gd->fdt_blob);
// 可以通过环境变量fdtcontroladdr来指定gd->fdt_blob,也就是指定fdt的地址。
#endif

// 最终都把dtb的地址存储在gd->fdt_blob中
    return fdtdec_prepare_fdt();
// 在fdtdec_prepare_fdt中检查fdt的合法性
}

/* fdtdec_prepare_fdt实现如下 */
int fdtdec_prepare_fdt(void)
{
    if (!gd->fdt_blob || ((uintptr_t)gd->fdt_blob & 3) ||
        fdt_check_header(gd->fdt_blob)) {
        puts("No valid device tree binary found - please append one to U-Boot binary, use u-boot-dtb.bin or define CONFIG_OF_EMBED. For sandbox, use -d <file.dtb>\n");
        return -1;
// 判断dtb是否存在,以及是否有四个字节对齐。
// 然后再调用fdt_check_header看看头部是否正常。fdt_check_header主要是检查dtb的magic是否正确。
    }
    return 0;
}

验证dtb的部分可以参考《[kernel 启动流程] (第四章)第一阶段之——dtb的验证》。

3、为dtb分配新的内存地址空间(reserve_fdt)

relocate的内容请参考《[uboot] (番外篇)uboot relocation介绍》。 
common/board_f.c中

static int reserve_fdt(void)
{
#ifndef CONFIG_OF_EMBED
// 当使用CONFIG_OF_EMBED方式时,也就是dtb集成在uboot中的时候,relocate uboot过程中也会把dtb一起relocate,所以这里就不需要处理。
// 当使用CONFIG_OF_SEPARATE方式时,就需要在这里地方进行relocate
    if (gd->fdt_blob) {
        gd->fdt_size = ALIGN(fdt_totalsize(gd->fdt_blob) + 0x1000, 32);
// 获取dtb的size

        gd->start_addr_sp -= gd->fdt_size;
        gd->new_fdt = map_sysmem(gd->start_addr_sp, gd->fdt_size);
// 为dtb分配新的内存空间
        debug("Reserving %lu Bytes for FDT at: %08lx\n",
              gd->fdt_size, gd->start_addr_sp);
    }
#endif

    return 0;
}

4、relocate dtb(reloc_fdt)

relocate的内容请参考《[uboot] (番外篇)uboot relocation介绍》。 
common/board_f.c中

static int reloc_fdt(void)
{
#ifndef CONFIG_OF_EMBED
// 当使用CONFIG_OF_EMBED方式时,也就是dtb集成在uboot中的时候,relocate uboot过程中也会把dtb一起relocate,所以这里就不需要处理。
// 当使用CONFIG_OF_SEPARATE方式时,就需要在这里地方进行relocate
    if (gd->flags & GD_FLG_SKIP_RELOC)
// 检查GD_FLG_SKIP_RELOC标识
        return 0;
    if (gd->new_fdt) {
        memcpy(gd->new_fdt, gd->fdt_blob, gd->fdt_size);
// relocate dtb空间
        gd->fdt_blob = gd->new_fdt;
// 切换gd->fdt_blob到dtb的新的地址空间上
    }
#endif

    return 0;
}

五、uboot中dtb解析的常用接口

gd->fdt_blob已经设置成了dtb的地址了。 
注意,fdt提供的接口都是以gd->fdt_blob(dtb的地址)为参数的。

1、接口功能

以下只简单说明几个接口的功能,没有深究到实现原理。先说明几个,后续继续补充。 
另外,用节点在dtb中的偏移地址来表示一个节点。也就是节点变量node中,存放的是节点的偏移地址

    • lib/fdtdec.c中

      • fdt_path_offset 
        int fdt_path_offset(const void *fdt, const char *path) 
        eg:node = fdt_path_offset(gd->fdt_blob, “/aliases”); 
        功能:获得dtb下某个节点的路径path的偏移。这个偏移就代表了这个节点。

      • fdt_getprop 
        const void *fdt_getprop(const void *fdt, int nodeoffset, const char *name, int *lenp) 
        eg: mac = fdt_getprop(gd->fdt_blob, node, “mac-address”, &len); 
        功能:获得节点node的某个字符串属性值。

      • fdtdec_get_int_array、fdtdec_get_byte_array 
        int fdtdec_get_int_array(const void *blob, int node, const char *prop_name, u32 *array, int count) 
        eg: ret = fdtdec_get_int_array(blob, node, “interrupts”, cell, ARRAY_SIZE(cell)); 
        功能:获得节点node的某个整形数组属性值。

      • fdtdec_get_addr 
        fdt_addr_t fdtdec_get_addr(const void *blob, int node, const char *prop_name) 
        eg:fdtdec_get_addr(blob, node, “reg”); 
        功能:获得节点node的地址属性值。

      • fdtdec_get_config_int、fdtdec_get_config_bool、fdtdec_get_config_string 
        功能:获得config节点下的整形属性、bool属性、字符串等等。

      • fdtdec_get_chosen_node 
        int fdtdec_get_chosen_node(const void *blob, const char *name) 
        功能:获得chosen下的name节点的偏移

      • fdtdec_get_chosen_prop 
        const char *fdtdec_get_chosen_prop(const void *blob, const char *name) 
        功能:获得chosen下name属性的值

    • lib/fdtdec_common.c中

      • fdtdec_get_int 
        int fdtdec_get_int(const void *blob, int node, const char *prop_name, int default_val) 
        eg: bus->udelay = fdtdec_get_int(blob, node, “i2c-gpio,delay-us”, DEFAULT_UDELAY); 
        功能:获得节点node的某个整形属性值。

      • fdtdec_get_uint 
        功能:获得节点node的某个无符号整形属性值。

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